脂质膜上电子驱动质子转移的静电模型

我们提出了两个关于脂质膜上电子驱动逆浓度梯度质子转运的模型，其中电子能量通过静电相互作用转化为质子梯度。在第一个模型中，与线粒体内膜的细胞色素c氧化酶复合体相关，被电子占据位点的静电耦合降低了质子结合位点的能级，从而使质子转移成为可能。在第二个模型中，粗略描述了大肠杆菌硝酸盐呼吸中的氧化还原循环，电子将质子从膜的负侧置换到穿梭体上，穿梭体随后扩散穿过膜并将质子卸载到膜的正侧。我们表明，这两个模型可以用相同的方法来描述，如果将系统分离成若干个簇，每个簇内部具有强库仑相互作用，而簇之间具有弱转移耦合，则该方法可以显著简化。我们推导并求解了电子和质子产生/湮灭算符的运动方程，考虑了适当的库仑项、隧穿耦合以及与环境的相互作用。对于第二个模型，这些运动方程与穿梭体位置的朗之万型方程联合求解。我们获得了电子和质子电流的表达式，并确定了它们对电子和质子电压积累、在位充电能、重组能、温度以及其他系统参数的依赖关系。我们表明，我们模型中的量子产率可以高达 100%，功率转换效率可以达到 35%。